Технологій виробництва твердого палива з біомаси.

Сьогодні сегмент ринку використання альтернативних носіїв теплової енергії має широкий розмах у європейських країнах. У ЄС було прийнято директиву щодо активізації розвитку від- новлювальної енергетики, відповідно до якої країни Євросоюзу до 2020 року зобов'язані збільшити частку відновлювальних джерел енергії (ВДЕ) при видобутку тепла та електроенергії до 20 % . Уже до кінця 2012 року очікується, що за рахунок ВДЕ в ЄС буде отримуватися близько 12 % енергії, до того ж понад 5 % - із твердої біомаси. Темпи зростання цього порівняно молодого (не більше 10-12 років) ринку стабільні: щорічно його обсяг у світі збільшується на 15-20 %. У Великобританії, наприклад, до 2013 року річне використання паливних гранул збільшиться до 5 млн тонн. Нідерланди планують протягом 2012 р. ввести в експлуатацію низку нових "зелених" електростанцій, збільшивши обсяг споживання пелет до 4,5 млн т на рік. За таких темпів до 2020 року щорічна потреба в даному виді палива в Європі зросте до 80-135 млн тонн [94]. Нині ЄС є головним імпортером пелет у світі, а виробництво гранул сконцентроване передусім у країнах, багатих лісовими ресурсами, таких як США та Канада, а також країнах північної Європи (Швеція, Фінляндія, Німеччина) . Однак, у зв'язку зі збільшенням споживання експортери все частіше стикаються з необхідністю пошуку додаткової сировини. Обсяги відходів деревини, що використовувалися до сьогодні стають недостатніми. До того ж криза скоротила обсяги лісозаготівельної галузі й деревообробки в усьому світі, через що значно підвищилися ціни на сировину. Основні шляхи вирішення проблеми: вирощування швидкоросіучих дерев, імпорт тирси та принципово новий продукт - агропелети. Сировиною для виробництва останніх є солома, лушпиння соняшнику і гречки, полова Рису, деревна частина стебел льону, ріпаку, конопель та ін. Більшість країн в Європі й поза її межами, які є постачальниками паливних гранул, до першого кварталу 2010 року орієнтувалися на стандарт DINplus, сертифікація за яким об'єднує норми DIN 51731 та ONORM М7135 [97]. Значна увага приділяється таким критеріям, як теплотворна здатність, вологість, старанність, зольність та граничний вміст різних хімічних елементів. Стрімкий розвиток виробництва та споживання паливних гранул, а також зростання кількості суміжних представників цього ринку, стали передумовою для введення в ЄС на початку 2010 р. нових норм щодо якості паливних гранул. Вимоги за новим стандартом EN 14961-2, введеного в дію 1 січня 2010 р., були не тільки посилено, а й доповнено новими критеріями [95]. За новими стандартами пелети розподіляються за якісними характеристиками на три класи. Найбільш жорсткі вимоги встановлені для паливних гранул першого сорту А1. Максимально допустима зольність дл таких гранул становить 0,5 % (пелети з хвойних порід дерева) і 0,7 % (із листяних порід). Такі гранули рекомендовано до використання у приватному секторі. Другий сорт паливних гранул А2 може бути вироблений із змішаних сортів дерев і мати зольність до 1 %. Пелети такого стандарту зазвичай використовуються у котельних широкого профілю. Так звані промислові гранули за новими нормами віднесені до третього сорту В і призначені для використання на потужних теплових станціях промислового типу. Зростання цін на тверде біопаливо на європейському ринку стало вагомим фактором стимулювання виробництва пелет в Україні та збільшення його експорту в країни ЄС (Рис. 28.2).

Рис. 28.2. Динаміка експоріу пелет, виготовлених з відходів сільськогосподарського виробництва [2].

У структурі експорту 84% споживчого попиту складають пелети із лушпиння соняшнику, 9% - пелети із соломи та 7% - з лушпиння гречки. Проте особливим попитом у країнах ЄС користуються брикети, виготовлені з деревних відходів. Україна займагться виробництвом брикет протягом 6- 7-ми років: 2004 року тут працювало 2 заводи з виробництва брикет, на яких використовували застаріле обладнання, що було завезене приватними підприємцями з Німеччини, а обсяг виробництва становив близько 8 тис. тонн на рік. Наприкінці 2006 року подібних заводів, оснащених новим імпортним та вітчизняним обладнанням налічували вже близько 20-ти. виробництво брикет перевищило 50 тис. тонн на рік, з яких понад 50% припало на Західну Україну [93]. Сучасна динаміка виробництва брикет позитивна (Рис. 10.3) і, за оптимістичними прогнозами українських експертів, планують, що 2012 року десяту частину європейського споживання (близько 300 тис. тонн) забезпечуватиме український виробник. Найбільшими компаніями, які здійснюють свою діяльність на цьому ринку, с: ТОВ "ВітаПеллет", ТОВ "ПеллетБіотекнолоджі", ТОВ ТЕК "АТІС", ТОВ "Віста-Дніпро", ТОВ "Біопаливні інвестиції" - вітчизняні компанії; ТОВ "Чистота ліній", ТОВ "ЕкоАльтернатів", Green Orange Enviromenta) BV - компанії з іноземним капіталом.

Рис. 28.3. Динаміка обсягів виробництва брикетів в Україні. 2007-2010 рр. (тис.т.)

Аналіз розвитку підприємств рециклінгу, які займаються виробництвом біопалива в Україні, дає підстави зробити декілька висновків.

По-перше, в галузі накопичився досвід виробничої, інноваційної, зовнішньоекономічної діяльності (як негативний, так і позитивний); сформувалася відповідна інформаційна та логістичне інфраструктура ринку.

По-друге, починаючи з серпня-вересня 2009 року, зростають ціни на біопаливо на європейському ринку, що в поєднанні з економією на масштабах виробництва та за рахунок накопичення технологічного і комерційного досвіду, дає підстави забезпечити рентабельність біопапивних виробництв на рівні не менше 15%, а це позитивно позначається на інвестиційній привабливості підприємств.

По-третє, спостерігається позитивна тенденція іноземних інвестицій у виробництво біопалива в Україні як у формі кредитів, так і прямих інвестицій.

По-четверте, перспектива подорожчання природного газу та комунальних послуг в Україні буде сильним стимулом для розвитку внутрішнього споживчого ринку твердого біопалива.

Технологічний процес виробництва пеллет зображено на Рис.28.4. Процес виробництва пеллет починають із поділу відходів на дві групи: на дрібні і кускові відходи. Тут слід виділити ще одну групу - відходи з корою, тому що вони використовуються для виробництва пеллет НИЖЧОЇ якості. Деревне борошно подають безпосередньо на гранулювання, а за потреби спочатку на кондиціонування і тоді вже на гранулювання.

Подрібнення. Кускові відходи подрібнюють за допомогою дробильних установок до розмірів, які менші 25x2Sx2 мм. Це дає змогу швидко і якісно висушити сировину і підготувати її до подальшого подрібнення на частинки потрібних розмірів. Використовуються молоткові подрібнювані з решетами або без них. На дільницю гранулювання має надходити сировина потрібної вологості і фракції, тому після сушіння сировини розміром менше ніж 25x25x2 мм проводять другий етап -сировину подрібнюють на частинки, розмір яких менший 4 мм. Завдяки двом етапам можна отримати більш однорідну сировину і зменшити сумарні витрати електроенергії.

Сушіння. Для отримання пеллет високої якості потрібно використовувати сировину, вологість якої 8-12%. Відходи із вологістю більше 15% погано пресуються, особливо пресами з круглою матрицею. Для сушіння сировини використовують два типи сушильних камер - барабанні і стрічкові. Для сушіння дрібних відходів (тирса стружка та ін.) використовують барабанні сушарки, а для подрібнених кускових відходів - стрічкові. Якщо використовувати барабанну сушарку для сушіння подрібнених кускових відходів, то це призведе до зниження коефіцієнта корисної, дії процесу сушіння. Температура на вході в барабанну камеру може сягати 60СҐС.У цьому типі сушарок напрямок руху сушильного агента і сировини збігається, тому перегрівання призводить до потемніння сировини і часткового руйнування лігніну. Як наслідок після пресування гранули погано тримаються купи і руйнуються. У стрічковій сушарці завдяки конструктивним особливостям не має змоги сушити обрізки, тому перед нею встановлюють рубальну машину „першого ряду Температура на вході в стрічкову сушарку -20СҐС. Оскільки, агент сушіння рухається на зустріч потоку сировини, то підвищення температури більше ніж 20СҐС може призвести до займання сировини.

Рис. 28.4. Схема виробництва пелет

Кондиціонування. Під час пресування пеллет відбувається механічне зчеплення частинок за рахунок неправильності форми і зминання, а також процес полімеризації лігніну. Завдяки цьому гранули зберігають свою форму і щільність; Для полімеризації лігніну необхідно:

• - тиск;
• - температура;
• - певна кількість води;
• - деформації зсуву.

Зважаючи на це перед пресуванням потрібне кондиціонування, яке полягає у додаванні до подрібненої сировини пари й води. До м'яких і хвойних порід достатньо додавати тільки воду. Робота гранулятора без системи кондиціонування дає змогу отримати гранули хорошої якості, але це скорочує термін роботи пресувальних вузлів (матриці й валків) і додаткових витрат енергії. Це пов'язано з тим, що нагрівання і розм'якшення сировини відбувається внаслідок механічної дії валків і матриці. Після кондиціонування вся сировина проходить через електромагніт, який видаляє металеві включення, що погіршують якість пеллет.

Пресування. Прес для гранулювання - серце усього виробництва пеллет, від роботи якого залежить усе виробництво. Розрізняють гранулятори:

• - з плоскою матрицею;
• - з круглою матрицею.

Преси з плоскою матрицею простіші в експлуатації і чищенні. Прес приводиться в рух електродвигуном з допомогою черв'ячної передачі, яка приводить у рух головний вал. На валу встановлена головка з валками, сила тиску яких на матрицю змінюється з допомогою гідравлічного регулятора. На головці встановлено чотири валки. Для забезпечення вільного кочення валки насаджені на роликові підшипники. Під матрицею на головному валу встановлено чотири ножі, які обертаються синхронно із валками. Ножі розміщені на певній відстані від осі валка. Змінюючи цю відстань отримують гранули різної довжини. Сировину завантажують конвеєром в камеру, звідки під дією власної маси вона потрапляє на плоску матрицю. На вільно насипану сировину накочується валок. Внаслідок притискання валка сировина запресовується в отвори матриці. Із зворотного боку матриці внаслідок постійного запресовування дедалі більшої кількості сировини виходять стержні круглого перерізу. Ніж, обрізаючи ці стержні, формує довжину гранул. Відрізані гранули падають на похиле дно і випадають із гранулятора. Принцип роботи пресів з круглою матрицею такий самий, яку пресів з плоскою. Матриця має форму порожнистого циліндра, в стінках якого є отвори певного діаметра. Висота зони із отворами мусить бути меншою від ширини валків. По внутрішній стороні стінок рухаються валки, а по зовнішній - ножі.

Охолодження. Під час пресування сировина нагрівається до 10СҐС, тому виникає потреба в охолодженні. Цей процес відбувається в протипотоковому охолоджувачі і регулюється з допомогою зміни площі отворів. В ньому гранули охолоджуються, висихають і набувають остаточної щільності. Повільне охолодження дає гранули з більшою щільністю. Кінцева вологість гранул 9±2%.

Сепарування. Під час сепарування видаляють браковані гранули і порох, і повертають їх безпосередньо в гранулятор або на кондиціонування. Видалення пороху покращує зовнішній вигляд товару.

Пакування. Пелети транспортують:

• - насипом;
• - в мішках по 10-20 кг;
• - в мішках „биг-бег".

Насипом транспортують технологічні гранули, рідше - гранули високої якості. Упаковка в мішки по 10-20 кг є доволі зручною і призначена для пересічних споживачів. Транспортують такі мішки на піддонах. Вміст одного піддона -1 тонна.

Деревні паливні гранули Призначені для використання:

• • в котлах і камінах для опалення приватних будинків;
• • котельнями житлово-комунального господарства;
• • в системах комбінованого виробництва тепла та електроенергії (КГ1ТЕ) для тепло-енергопостачання;
• • як наповнювачі для котячих туалетів;

локалізації та видалення рідких продуктів в аварійних ситуаціях Теплоутворюючу здатність опилок і стружки збільшує брикетування. Після брикетування сипуча деревина зменшується в об'ємі в декілька разів, транспортабельна і зручна у використанні. Брикетування сипучої деревини досягається шляхом пресування. Для брикетування щепи потребується більш потужні преси, ніж для брикетування опилок. Практично брикетують тільки опилки. Вологість опилок перед брикетуванням повинна бути не вище 12-15% і не нижче 8-9%.Розглянемо технологічну лінію виготовлення паливних брикетів, яка включає транспортер, сепаратор, подрібнювач, шнековий транспортер, теплогенератор, сушарку,циклон, шнековий транспортер, екструдер Е-350-40, подільник брикетів. Схема лінії та її загальний вигляд представлено на рис. 28.5. За допомогою шнекового транспортера сировина подається в сепаратор, де відбувається розділення сировини на три фракції: з розміром частинок до 2 мм з розміром частинок від 2 до 10 мм (яка направляється в сушильний барабан) і з розміром частинок більше 10 мм (яка направляється в молоткову дробарку).

Рис. 28.5. Схема лінії для виробництва паливних брикетів.

Розглянемо технологічний процес виготовлення паливних брикетів.

В молотковій дробарці великі частинки сировини подрібнюються, після чого через сепаратор направляються в сушильний барабан. В сушильному барабані сировина сушиться до вологості 8%, звідки подається витяжним вентилятором через циклон в бункер екструдера. З бункера екструдера сировина подається в конічну камеру пресування, де пресується до щільності 0-1,2 т/м³ та піддається тепловій обробці температурою 160-350°. Після виходу з робочого органа екструдера брикет ділиться на частини довжиною до 300 мм. Впродовж двох годин відбувається охолодження брикетів та затвердіння лігніну. Поверхня брикетів герметизується від попадання вологи лігніном, що дозволяє транспортувати її на великі відстані.

В табл. 28.5. представлено основні показники роботи, які характеризують досліджувану лінію. Отримані показники свідчать, що за продуктивності лінії 360 кг за 1 год. основної' роботи щільність брикетів становить 1080 кг/м, що відповідає вимогам до якості брикетів, а їх теплотворна здатність знаходиться на рівні теплотворної здатності вугілля (4800 ккал/кг проти 4900 ккал/кг). В процесі експериментальних досліджень проведено оцінку економічної ефективності виготовлення та реалізації брикетів з лузги соняшнику. За продуктивності лінії з екструдером ЕВ-350-40 за одну годину змінного часу342 т затрати праці становлять 8,77 люд.-год/т (три робітники). Економічні показники виготовлення та реалізації брикетів з лузги соняшнику досліджуваної лінії з екструдером ЕВ-350-40 (у складі лінії) наведено в табл. 28.6. Ці результати свідчать про перспективність цієї технології і можливість використання продукції в газифікованих двигунах.

Виробники пропонують різні моделі деревоподрібнювачів: малогабаритні, малопотужні, середньої потужності, високопотужні та великогабаритні; мобільні і стаціонарні; з приводом від автономних двигунів внутрішнього згоряння, ВВП енергозасобу та електродвигунів; з ручною і механічною подачею деревини тощо. Основними складовими вузлами машин є рама, живильний, різальний, транспортуючо-викидний пристрої, опорно- ходова частина, гідравлічна і електрична системи, механізми приєднання до енергозасобу та приводу робочих органів. Деревоподрібнювачі комплектують різними типами різальних пристроїв - дисковими, барабанними, роторними та комбінованими дисково-молотковими і роторно-молотковими. Технічні характеристики деревоподрібнювачів наведено в таблиці 28.7.

Таблиця 28.5.

Основні показники роботи лінії виготовлення паливних брикетів.

Таблиця 28.6.

Показники виготовлення та реалізації брикетів з лузги соняшнику досліджуваної лінії з екструдером.

Таблиця 28.7

Коротка технічна характеристика деревоподрібнювачів

Машина з барабанним різальним пристроєм складається із різального барабана 9 з ножем 1, контрножа 3, сітки-решета різального пристрою 12, вентилятора викидного пристрою 2, механізму подачі тріски в зону викидання 4, викидної труби 11 з козирком 10, живильного пристрою (транспортера б, нижніх 7 і верхнього 8 вальців, приймального стола 5) (рис. 28.6.).

Рис. 28.6. Деревоподрібнювальна машина з барабанним різальним пристроєм: а - загальний вигляд; б - конструкційна схема

Барабанний різальний пристрій складається з барабана з прикріпленими до нього ножами, контрножів та змінної сітки-решета. Виробники деревоподрібнювальних машин на різних моделях встановлюють барабани: з суцільними ножами, півножами та швидкозмінними лезами (рис. 28.7 а; 28.7.б; 28.7.в, 28.7.г). Деревоподрібнювачі барабанного типу комплектуються решетами: з поздовжніми отворами та отворами у формі клітинки, ромба тощо (рис. 28.7 д; 28.7 е; 28.7 ж). Під решетами в нижній частині подрібнювальної камери монтується механізм подачі тріски в зону викидання одно- або двошнекового типу (рис. 28.7 к) [84,85,86]. Під час виконання технологічного процесу транспортер живильного пристрою подає деревину між верхній і нижній вальці, які утримують і направляють її до різального барабана. Ножі барабана обертаючись поступово подрібнюють деревину і скидають тріску на сітку- решето. Тріска просипається через отвори решета потрапляє на шнековий механізм, який транспортує її до викидного пристрою. В подальшому потоком повітря, який створюється вентилятором, тріска через викидну трубу направляється в кузов технологічного транспорту або в катати. Велика фракція тріски, яка не проходить через отвори решета, подається на повторне подрібнення.

Рис. 28.7. Різальні барабани та решета деревоподрібнювачів барабанного типу:

а - з суцільними ножами; б - з півножами; в, г - з швидкозмінними лезами; д - з поздовжніми отворами; е - з прямокутними отворами; ж - з ромбоподібними отворами; к - шнековий механізм подачі тріски в зону викидання.

Деревоподрібнювачі дискового типу зазвичай укомплектовано комбінованим різапь- новикидним робочим органом. Принципової різниці в конструкціях живильних пристроїв деревоподрібнювачів з різними типами різальних пристроїв не існує. Проте конструкційне виконання різальних і іранспортуючо-викидних пристроїв має суттєві відмінності. Дискові різальні пристрої за способами подрібнення дерева на тріску розділяють на кілька типів: з однофазним і двофазним подрібненням деревини. Машини з однофазним різальним пристроєм подрібнюють деревину в тріску, довжина якої близько 12 см. Двофазний дисковий різальний пристрій в залежності від конструкції забезпечує вихід фракції тріски деревини від 0,3 до 2,3 см або від 0,3 до 12,0 см. Основна кількість моделей деревоподрібнювачів з дисковим різальним пристроєм для двофазного подрібнення деревини складається з камери подрібнення, приймального стола 2, горизонтального бункера 3, притискних вальців 1 і 4, викидної труби 8. Складовими частинами камери подрібнення є корпус, відкидна кришка з вторинним ножем 9, диск 5 з прикріпленими до нього ножами 6 та лопатками викидання з вирізаними канавками 7 (Рис. 28.8) [6].

Рис. 28.8. Деревоподрібнювальна машина з дисковим різальним пристроєм:

а - функціонально-конструкційна схема; б - загальний вигляд різального пристрою.

Деревоподрібнювачі з дисковими різальними пристроями для двофазного подрібнення деревини виконують технологічний процес наступним чином: притискні вальці направляють стовбури і гілки дерев до різального диска, ножі якого їх подрібнюють на тріску. Тріска через проміжки між ножем і диском поступає на лопатки викидання, які переміщають її до другого ножа. Взаємодіючи з сегментами другого ножа, тріска подрібнюється до встановленої фракції і за допомогою повітряного потоку вивантажується в катати або кузов транспортного засобу. В конструкції деревоподрібнювачів для однофазного подрібнення деревини не передбачено другого додаткового ножа та змінена форма лопатки викидання. На різальних дисках таких машин зазвичай встановлюються лопатки з суцільною окрайкою. Виробники дерево-подрібнювальних машин залежно від моделі встановлюють декілька типів різальних дисків (Рис.28.9 а; 28.96; 28.9 в; 28.9 г; 28.9 д), які комплектуються гладкими або ребристими ножами та комбінованими різаками, які складаються з основного ножа і пластинчастих вертикальних міні-ножів (Рис. 28.9 ж; 28.9 к; 28.9 л) [84.85,86].

Для виробництва каліброваної тріски відповідних розмірів на деревоподрібнювачах OL 2800 NT (Oehler Maschinen, Німеччина), машинах для

Рис. 28.9. Різальні диски та ножі: а, б, в - різальні диски машин для однофазного подрібнення; г, д - різальні диски машин для двофазного подрібнення; е, ж, к - глакий та ребристий ножі і комбінований різак дисків

подрібнення деревини серії Н виробництва італійської фірми Pezzolato та деяких моделях інших виробників встановлюються камери, які обладнуються решетами та системами повторного подрібнення (рис. 28.10.) [86, 89].

Рис. 28.10. Деревоподрібнювачі з дисковими різальними пристроями для виробництва каліброваної тріски:

а - деревоподрібнювач OL 2800 ОТ; б - подрібнювальна камера деревоподрібнювачів серії Н виробництва фірми Ре770ІаЮ.

Технологічний процес подрібнення деревини даних машин складається з наступних операцій: подачі деревного матеріалу; відрізання і повторного подрібнення та калібрування тріски на решеті і видалення її на зовні. Деякі виробники техніки для подрібнення деревини пропонують також машини з горизонтальними дисковими різальними апаратами (Рис.28.11). Конструкційне виконання основних складових частин таких деревоподрібнювачів аналогічне з машинами, які обладнали вертикально-дисковими різальними апаратами. Проте, просторове розташування основних вузлів (бункера, різального та викидного пристроїв повернено на 90 по вертикалі по відношенню до аналогічних механізмів дерево подрібнювачів з вертикальним різальним диском. В конструкції машин з горизонтальним різальним диском не передбачено механізмів примусового затягування деревини (деревний матеріал подається зверху вниз під дією власної ваги).

Рис. 28.11. Машина з горизонтально-дисковими різальними робочими органами:

а - загальний вигляд; б - різальний диск.

На світовому ринку техніки для подрібнення деревини представлені також моделі техніки з середньою та малою продуктивністю, а також малогабаритні машини, оснащені молотковим та роторними різальними пристроями. Так фірма Pezzolato (Італія) виготовляє причіпні машини серії S (S4000, S7000 тощо), фірма VECOPLAN Maschinenfabrik GmbH (Австрія) - стаціонарний іеревоподрібнювач VAZ 90/55, які комплектуються молотковим різальним пристроєм. Фірма Oehler Maschinen (Німеччина) виготовляє універсальні деревоподріб- нювачі OL 2500 Т, OL 3000 Т, OL 2500 D, які укомплектовано роторними різальними пристроями, (Рис.28.12.) [95,96]. Дані машини можуть також застосовуватися для виготовлення компостів з деревно-листково-травяної суміші, для подрібнення різних видів рослинної сировини (листя, трави, стовбурів та гілок дерев, і деревних відходів, використаних меблів та інших виробів). Молотковий різальний пристрій складається з ротора, до якого в три-чотири ряди кріпляться пластинчасті молотки та контр-молотків і решета. Основними складовими частинами роторного різального пристрою є барабан із змонтованими на ньому осями на яких шарнірно встановлено самозаточувальні ножі з високолегованої сталі [99-102].

Рис. 28.12. Деревоподрібнювальні машини з молотковим та роторним різальними пристроями:

а - деревоподрібнювач з молотковим різальним пристроєм S7000; б - молотковий різальний пристрій дерево подрібнювана VAZ 90/55; в - решето деревоподрібнювача S7000; г - деревоподрібнювач з роторним різальним пристроєм ОЬ 2S00 D; д - роторний різальний пристрій.

Для виробництва тріски з деревини та компостів з деревно-листково-травяної суміші машинобудівні фірми виготовляють також малогабаритні та малопродуктивні машини, оснащені комбінованими (зазвичай дисково- молотковими) різальними пристроями (Рис.28.13.) [101-105].

Рис. 28.13. Деревоподрібнювачі з комбінованим різальним пристроєм:

а - деревоподрібнювач К 5500 (Pezzolato, Італія); б - деревоподрібнювач GSE 20 (BGU Maschinen, Німеччина); в - комбінований (дисково-молотковий) різальний пристрій

Такі машини обладнані двома незалежними механізмами подачі технологічного матеріалу до різальних робочих органів: деревина подрібнюється дисковим різальним пристроєм, а листя, дрібні гілки, трав'янисті рослини - молотковим.

З метою переробки на тріску не габаритних деревних відходів неправильної геометричної форми таких як пеньки, колоди тощо застосовуються великогабаритні деревоподрібнювачі з двобарабанним різальним пристроєм Crambo 5000 (Komptech, США), BA 965 D Titan (Jenz, Німеччина) та інші. Різальний барабан виготовлений у вигляді шнека, до навивок якого кріпляться різні типи зубів (серпоподібних, гакоподібних, стругальних, серпоподібних із змінними наконечниками) [99-103] (Рис. 28.14.).

Рис. 28.14. Великогабаритна деревоподрібнювальна машина Crambo 5000:

а - загальних вигляд; б - двобарабанний різальний пристрій; в - типи зубів 1 - серпоподібні зуби; 2 - ракоподібні зуби; 3 - стругальні зуби; 4 - серпоподібні зуби із змінними наконечниками.

Хоча на ринку України представлено багато зразків іноземної техніки, які легко вирішують проблему з переробкою хмизу на щепу, вони є дорогими і для більшості вітчизняних підприємств їх купівля е економічно невигідною. На Рис 28.15. показан мобільний агрегат серії ЮЛ-800.5 для подрібнення хмизу, а в таблиці 28.8. наведено технічну характеристику стаціонарний агрегат фірми СП "Хеммель Україна" RM-800.4.

Рис. 28.15. Агрегати для подрібнення хмизу.

Таблиця 28.8.

Технічна характеристика машин RM-800.4 та RM-800.5

Паливні гранули (пелети) є твердим біопаливом, що отримується в результаті механічної переробки біомаси. Щільність гранул приблизно 1,1 г/см3, діаметр 6,8,9 мм, довжина від 5 до 25 мм, теплоздатність 18 МДж/кг. Технологія переробки вологої деревини складається з таких стадій:

Крупне подрібнення на дерево дробильних машинах до розміру часток не більше 25 мм.

Сушка сировини до вологості не більше 10%.

Мілке подрібнення до розміру часток не більше 4 мм.

Витримка сировини з додаванням пари, так як сировина з вологістю менше 8% погано піддається склеюванню під час пресування. Додавання пари відбувається під час переміщення сировини в шнекових змішувачах.

Отримання пелет на прес-грануляторах.

Охолодження і сушка пелет. В процесі пресування сировини температура збільшується до 70-90 ОС. Чім більша сила пресування, тим більша температура пелет, тим краща якість пелет, яка визначається щільністю. Охолодження та сушка необхідні для кінцевого затвердіння гранул.

Просіювання. Просіювання необхідне для розділення готового продукту на фракції і окремі часточки.

Розфасовка. Розфасовка пелет проводиться в поліетиленові мішки вагою 15,20 і 25 кг. Поліетиленова упаковка зберігає пелети від насичення вологою повітря.

Брикети використовуються як правило на підприємствах і для потреб місцевого населення. Застосування деревинних брикетів особливо привабливо для побутового споживання, так як і їх складі не міститься сірки і інших шкідливих речовин. В країнах з достатньою кількістю лісів активно впроваджуються технології спалення біомаси, як у вигляді сировини (опилок, щепи), так і у вигляді біопалива яке може бути розділено на три категорії:

Таблиця 28.9.

Виробництво з деревинних відхдів

По типу пресування кінцевий продукт розділяється на гранули і брикети.

Таблиця 28.10.

Технології виробництва деревинних гранул і брикетів

Застосування брикетів:

• всі види опалювального обладнання на твердому паливі (котли, пічки, каміни і т.п.). Виходячи з практики для зимових умов для ефективного опалення котеджу в 200 м кв. за добу достатньо використати не більше ЗО кг. брикетів. Це об'єм - 0,039 куб м. Існує можливість автоматизації процесу завантаження брикетів. На ринку можна знайти відповідні пристрої завантаження.

Використовуються для бань і саун. Практично ніяке інше паливо не дозволяє настільки ефективно протопити баню з збереженням екологічних і санітарних вимог.

Брикети на практиці краще і зручніші, деревинного вугілля при приготуванні шашлику;

Таблиця 28.11.

Обладнання для виробництва брикетів та гранул

В кінцевому рахунку брикет - це паливо і може використовуватись всюди, де потребується висока температура, стійкий, бездимний вогонь, який довго горить (до 1 години) і яке дає довгий по часу жар (ще до однієї години), і не залишаючи після згорання практично ніяких залишок.

Преси можна розбити умовно на три категорії:

• • "малопотужні" - утилізатори опилок. Вирішують проблему утилізації обмежених об'ємів відходів, як правило, власного виробництва. Великого об'єму товарної продукції виробити не можуть. Так як мають малу потужність ці преси пресують не всі види сировини;
• • Преси "середньої потуясності" - до 250 - 300 кг. в год. Можуть використовуватись в товарному виробництві. При цьому щильність брикетів нижче, зберігаються гірше, користуються меншим попитом. Не завжди пресують не деревинну сировину.
• • "Потужні преси" - 400 і вище кг. в год. Забезпечують товарне виробництво. Можуть виробляти високоякісний брикет з відповідними характеристиками

Приблизну виробничу структуру виробництва можна представити наступним чином:

• 1. Склад прийому і зберігання сирої сировини;
• 2. Відділення сушіння;
• 3. Склад сухої сировини;
• 4. Місце пресування;
• 5. Місце упаковки;
• 6. Склад готової продукції.

Таблиця 28.12.

Переваги і недоліки виробництва і гранул і брикетів

Таблиця 28.13.

Порівняння деревинних гранул з дровами

Для ілюстрації властивостей деревинних брикетів приводиться таблиця теплотворної властивості існуючих видів палива (МДж/кг).

Таблиця 28.14.

Порівняння теплотворних властивостей існуючих видів палива, МДж/кг

Рис. 28.16. Порівняльна характеристика деревинних брикетів з існуючими видами палива.

Таблиця 28.15

Виробники деревинних гранул і "пеллет"

В Європі на паливні брикети прийняті стандарти.

Таблиця 28.16.

Європейські стандарти виробництва паливних брикетів

Вимоги цих стандартів мало чим відрізняються один від одного. Вони містять високі вимоги по міцності при транспортуванні. Контроль здійснюється по геометричній тарі (біг-бегах), перевіряється вміст на наявність крихт. Дуже великий попит зобов'язує європейських покупців терпимо відноситись до цього. Гранули й пелети виготовляють методом пресування (тирси, щепи), сільськогосподарських відходів (соломи і лушпина зернових культур, кукурудзи тощо) та біомаси енергетичних культур. Вони чисті, мають гарний запах, приємні на дотик. Діаметр гранул - близько 1см, довжина - від 1 до 3 см. Гранули мають низьку вологість(менше 10%) і високу теплотворну здатність у порівняні з іншими видами біопалива. Після пресування збільшується кількість енергії в одиницю обєму (енергетична щільність) [82-84]. Пелети мають меншу теплопровідність, ніж гранули, проте вони значно дешевші. Виготовлення щепи здійснюється лише однією машиною - щепорізом. Для зберігання щепи не потрібно спеціальних приміщень. Деревну тріску (щепу) виготовляють з усіх залишків лісозаготівлі та видалених деревних рослин в результаті прорідження і санітарних рубок у лісових насадженнях. Матеріал для виготовлення тріски одержують в результаті звичайної експлуатації лісового госпоцарства. Тріску також можна одержувати з деревних енергетичних рослин та деревних відходів деревообробних та меблевих підприємств. Існує кілька видів тріски (див. таблицю 28.17.). Для виробництва тріски застосовують рубипьні машини-щепорізи. Фірми пропонують мобільні (причіпні та самохідні) і стаціонарні з приводом від електродвигуна рубильні машини з продуктивністю від 10 до 120 мз/год., які можуть подрібнювати відходи лісозаготівлі (гілки, сучки тощо), лісопильних та деревообробних підприємств (обрізки тощо), а також матеріали, які підлягають утилізації (старі меблі, піддони, відходи будівництва та ін. ). Крім подрібнювачів, зарубіжні фірми пропонують різні конструкції обладнання для зрізування дерев. Такі машини можуть також розрізати стовбури дерев на колоди. В залежності від організації виробництва і наявних технічних засобів можуть застосовуватися різні техніко-технологічні схеми заготівлі деревинної тріски (рис. 28.17).

Рис 28.17. Схема процесу виготовлення гранул (пелет).

Деревну тріску можна заготовляти:

• - безпосередньо на ділянці або лісопильному або деревообробному іідприємстві з використанням таких технологічних операцій подрібнення еревиних відходів, транспортування, сушіння та складування тріски;
• - на майданчику підприємства - заготівельника деревної тріски, на який виконують процеси навантаження, транспортування деревинних відходів та подрібнення, сушіння і складування трюки.

Таблиця 28.17.

Європейська класифікація деревної шепи

Приклади маркування щепи: G30/W20 і G50/W20.

Після заготівлі деревну треку складають у велики бурти висотою до 10-15 м в приміщеннях, які закриті від опадів і мають добру вентиляцію. В буртах тріска починає паритися і через 8-9 тижнів її вологість зменшується до 25-30%. Деревна тріска такої вологості оптимальна для спалювання в котлах. Самозагоряння тріски не відбувається, тому що температура всередині бурта не піднімається вище 50-60°С, а загоряння відбувається за температури 280°С. Тріска в буртах не пліснявіє і не загниває, тому що за температури 50-60°С грибки плісняви не виживають, а коли через два місяці волога з матеріалу видалена, вони припиняють розмноження. Зазвичай продуктивність щепорізів на порядок вища від потреби когпіву паливі. Щепоріз за 10-14 днів заготовляє сировину для спалювання протягом 1-2 років. Тому купувати щепоріз для одного котла нерентабельно.

В Європі заготовляють тріску і поставляють і? споживачам спеціалізовані підприємства. Як правило,такі підприємства збирають деревні відходи з території навколо себе в радіусі 30км. Спеціалізовані підприємства також збирають від населення старі меблі, деревні відходи будівництва та непридатні для подальшого використання старі деревні матеріали. Витрати на транспортування тріски на відстань понад 40 км роблять її виробництво нерентабельним. Така організація виробництва щепи-може бути прийнятна й для України. Ще одним видом біопалива є солома злаковик культур. Використання соломи для виробництва енергії є актуальним питанням для України, тому що в нашій державі її залишки становлять мільйони тон. В Європі спалювання соломи в звичайних котлах заборонене, тому шо при вирощуванні будь-яких злакових в грунт необхідно вносити мінеральні і органічні добрива, які накопичується в стеблі, і під час спалювання частина елементів вивітрюються. Солома - це сезонний продукт. її заготовлюють в основному а серпні-вересні пресують і складують під навісом або складають в скирти і накривають водонепроникним матеріалом Таким чином розтягуються терміни використання сезонної сировини на весь рік. Сьогодні впроваджуються різні технологічні виробництва енергії з соломи, найпоширенішою з яких ε спалювання соломи цілими рулонами (паками) або подрібненої соломи (січки). Технологія спалювання цілими рулонами складається з таких операцій: завантаження рулону, спалювання, очищення котла. Така технологія використання соломи має низку недоліків. Процес горіння у камері згоряння абсолютно нерегульован. Його температуру контролювати неможливо, димососи працюють в постійному режимі, параметри піддування - безконтрольні. Після того, як рулон згорів, дверцята відкриваються і звідти вилітає хмара сажі і диму, при цьому температура всередині котла різко падає. Протягом декількох хвилин в камеру заштовхується новий рулон. Дверцята закриваються -і все починається спочатку. Однією з проблем використання соломи є необхідність забезпечити процес горіння, під час якого попіл видаляється. Для цього потрібно точно регулювати температуру в котлі - коли температура збільшується, попіл розплавляється і налипає на обмурівку топки. Спалювання січки дозволяє автоматизувати процес подачі і горіння палива. Важливо, щоб солома при цьому мала вологість до 30% і була подрібнена до часток завдовжки 50-70 мм. Виробники автоматичних котлів також пропонують декілька конструкцій ліній спалювання січки. Лінія спалювання січки соломи має такий вигляд: бункер, в який завантажуються цілі рулони або паки; подрібнювальна установка, яка в міру необхідності подрібнює солому; система подачі в топку - канал із світло діодами які контролюють перебіг процесу. Котли іншої конструкції спалювання соломи складаються з естакади, яку можна зробити необмеженої довжини. На естакаду поміщають певну кількість рулонів, і в міру необхідності вони надходять в подрібнювач, а далі цей процес контролюватиметься автоматикою. Якщо для задоволення енергетичних потреб недостатньо деревних відходів та соломи сільськогосподарських культур, необхідно використовувати енергетичні культури. Енергетичні культури • це швидкорослі дерева (плантації різних видів верби і тополі) або інші види рослин, наприклад, трави (сорго, цукровий очерет, мюкантус). Збирають енергетичні культури взимку або ранньою весною. Трав'янисті енергетичні культури збирають звичайними кормозбиральними комбайнами. Для збирання верби і тополі кормозбиральні комбайни обладнують спеціальними приставками для скошування пагонів дерев. Операції сушіння та зберігання тріски енергетичних деревних культур аналогічні операції підготовки для спалювання тріски відходів лісозаготівлі. Січку трав'янистих енергетичних культур зберігають в приміщенні і в міру потреби транспортують і завантажують в бункер автоматичних систем спалювання. Традиційні палива отримують з нафти, газу і вугілля. Вважається, що цих природних ресурсів вистачить не більш ніж на 100 років, при цьому вартість їх видобутку постійно зростає. Все вищезазначене змушує шукати альтернативні види екологічно чистого палива. Тому звертає на себе увагу такий вид пального, як паливо з біомаси. Сировиною для отримання цього палива є рослинні відходи, які в достатку є в Україні: лушпиння соняшника, гречки, проса, багаття льону, солома, тирса м'яких і твердих порід деревини, а також інші рослинні відходи. В якості прикладу розглянемо відходи олійно-жирової галузі, зокрема, лушпиння соняшнику, проблема з утилізацією якої на дрібних і середніх підприємствах є дуже актуальною. На великих підприємствах частина лушпиння спалюють у спеціальних котлах, виготовлення яких е дорогим проектом. При виробництві соняшникової олії утворюється П -1S % лушпиння, що для великого ОЕЗ, за вирахуванням спалюваної у парових котлах, становить 8 -12 тис. т/рік. З існуючих технологій одержання палива з біомаси ущільненням поширені: пеллетування (гранулювання), брикетування на пресах і брикетування екструдійне (з використанням шнеків). В основі технології виробництва паливних брикетів лежить процес пресування шнеком відходів (лушпиння соняшнику, гречки тощо) і дрібно подрібнених відходів деревини (тирси) під високим тиском при нагріванні від 250 до 350°. Одержувані паливні брикети не включають у себе ніяких зв'язувальних речовин, крім одного натурального - лігніну, що міститься в клітках рослинних відходів. Температура, присутня при пресуванні, сприяє оплавленню поверхні брикетів, яка завдяки цьому стає більш міцною, що важливо для транспортування брикету. За допомогою екструдера виготовляються паливні брикети у вигляді чотиригранного бруса перетином 50x50 мм або шестигранного бруса з отвором в центрі діаметром 15-20 мм для відводу диму, що утворюється в процесі брикетування, а також для стійкого горіння. Сировина (відходи) завантажується в оперативний бункер, розташований над робочою зоною. З формувача екструдера видавлюється брус, який по напрямних подається в роздільний пристрій, що ділить безперервний брус на брикети довжиною 75-300 мм. У таблиці 28.18. показані необхідні параметри відходів і продуктивність екструдера ЕВ-350 за цими видами відходів. Паливні брикети мають широке застосування і можуть використовуватися для всіх видів топок, котлів центрального опалення, промислових котлів, відмінно горять в камінах, печах, грилях та ін. Великою перевагою брикетів є сталість температури при згорянні протягом 2-х годин.

Параметри відходів і продуктивність екструдера ЕВ-350

Слід звернути особливу увагу на вологу - дуже важливий параметр, що впливає на щільність брикету. У разі перевищення зазначених вимог, брикет розвалюється на окремі шматки з-за надлишку вологи, що виходить у вигляді пари з брикету. В цьому випадку треба попередньо досушувати відходи. Ще одна проблема - утилізація диму, що утворюється при брикетуванні, яка споживачем повинна вирішуватися за місцем експлуатації екструдерів. Нижче наведено технічні характеристики екструдера EB-3S0:

• 1. Встановлена потужність, кВт*год, не більше 64.
• 2. Споживання електроенергії за одну годину роботи машини, кВт-год, не більше 40.
• 3. Питоме споживання електро енергії, кВт*год/кг, не більше 0,12.
• 4. Габаритні розміри, мм, не більше: довжина-1700; ширина-1800; висота-1700;
• 5. Займана площа (без відсікана), м2 не більше 3,1. б. Маса, кг не більше 1200.

До особливостей екструдера EB-3S0, які будуть оцінені споживачем відносять:

• - зручна і швидка заміна зношених шнеків;
• - кріплення до корпусу робочої головки, що забезпечує за кілька хвилин від'єднання розігрітій до 300° головки для заміни зношеного шнека;
• - конструкція нагрівана, що дозволяє в короткий час виходити на робочий температурний режим, знизити споживання електроенергії, а також швидко і зручно замінити вийшли з ладу нагрівальні елементи;
• - конструкція підшипникового вузла приводного валу, що забезпечує максимальну напрацювання до капітального ремонту.

Вироблений на екструдері ЕВ-350 брикет за своїми фізико-хімічними параметрами наближаються до кам'яного вугілля. У таблиці 28.19. представлені параметри одержуваних брикетів і для порівняння - вугілля.

Таблиця 28.19.

Параметри одержуваних брикетів в порівняння з вугіллям

Як видно з таблиці 28.19., по теплотворності паливний брикет наближається до вугілля, а по зольності в десятки разів нижче його, крім того, викиди сірки при спалюванні брикету практично відсутні, що робить його екологічно чистим паливом.